Neraca massa: latihan soal dengan penyelesaian langkah demi langkah

Latihan soal Neraca massa gratis dengan diagram, petunjuk, dan pembahasan lengkap. Nilai baru setiap kali, dalam tiga tingkat: mencampur dua aliran, mencampur ke target, evaporator.

Soal latihan gratisMudah
PencampurAliran 1450 kg/h · 25% garamAliran 2700 kg/h · 15% garamAliran 3ṁ₃ = ? kg/h

Dua larutan garam dicampur dalam keadaan tunak. Cari laju alir keluaran ṁ3.

ṁ1 = 450 kg/hx1 = 25 %ṁ2 = 700 kg/hx2 = 15 %
kg/h
Soal berikutnya →
Berlatih Neraca massa secara gratisBerlatih Neraca massa sekarang5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.

Yang Anda latih

  1. Mudahmencampur dua aliran
  2. Sedangmencampur ke target
  3. Sulitevaporator

Rumus utama

Keadaan tunak
masuk = keluar
Neraca total
ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
Neraca komponen
ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
Evaporator
F·xF = P·xP, W = F − P

Pelajari Neraca massa dari nol

1Apa itu neraca massa

Massa tidak dapat muncul atau lenyap. Apa pun yang mengalir masuk ke unit proses (pencampur, tangki, evaporator) harus mengalir keluar lagi, atau tetap di dalam.

Banyak unit berjalan pada keadaan tunak: aliran tidak berubah terhadap waktu dan tidak ada yang menumpuk di dalam. Maka aturannya sederhana:

masuk = keluar

Bayangkan bak mandi dengan keran terbuka dan sumbat dicabut. Jika permukaan air tetap sama, air yang keluar setiap menit sama dengan air yang masuk.

Aliran ditulis sebagai laju aliran massa ṁ, misalnya dalam kg/jam. Baca ṁ sebagai “m-dot”: titik berarti “per satuan waktu”.

Tes mandiri Pencampur pada keadaan tunak menerima 300 kg/jam dan 200 kg/jam. Berapa yang keluar darinya?
  1. 100 kg/jam
  2. 250 kg/jam
  3. 500 kg/jam
  4. 600 kg/jam

Jawaban: 500 kg/jam. Pada keadaan tunak tidak ada yang menumpuk, sehingga keluar = masuk = 300 + 200 = 500 kg/jam. 250 kg/jam adalah rata-rata, yang tidak bermakna di sini.

2Neraca total dan neraca komponen

Aliran sering berupa campuran, misalnya garam yang larut dalam air. Fraksi massa x adalah bagian dari satu komponen: 20% garam berarti 0,20 kg garam dalam setiap kg larutan.

Massa komponen itu dalam aliran adalah ṁ·x. Tanpa reaksi kimia, setiap komponen juga memenuhi masuk = keluar. Jadi Anda dapat menulis dua neraca:

ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
ṁ1·x1 + ṁ2·x2 = ṁ3·x3

Yang pertama adalah neraca total, yang kedua neraca komponen (di sini untuk garam). Dua persamaan yang bebas dapat mencari dua bilangan yang tidak diketahui.

Contoh: 300 kg/jam dengan 10% garam dicampur dengan 200 kg/jam dengan 20% garam. Garam masuk: 30 + 40 = 70 kg/jam. Total keluar: 500 kg/jam. Jadi x3 = 70/500 = 14%.

Tes mandiri Campurkan 300 kg/jam larutan garam 10% dengan 200 kg/jam larutan garam 20%. Berapa fraksi garam pada campuran?
  1. 14%
  2. 15%
  3. 30%
  4. 7%

Jawaban: 14%. Garam masuk = 300·0,10 + 200·0,20 = 70 kg/jam, dan 70/500 = 14%. Rata-rata biasa dari fraksi-fraksi itu, 15%, mengabaikan bahwa aliran 10% lebih besar.

3Evaporator: komponen penghubung

Evaporator mendidihkan air dari larutan agar lebih pekat. Uap W adalah air murni, sehingga seluruh zat terlarut keluar bersama produk P.

F1000 kg/h · 10%P40%W0%

Zat terlarut lewat tanpa berubah, dari F ke P saja. Komponen seperti itu adalah komponen penghubung (tie component): neracanya menghubungkan dua aliran secara langsung.

F·xF = P·xP, W = F − P

Pada gambar: P = 1000 · 0,10/0,40 = 250 kg/jam, dan W = 1000 − 250 = 750 kg/jam air menguap.

Tes mandiri Evaporator menerima 1000 kg/jam larutan gula 10% dan menghasilkan produk 40%. Berapa air yang diuapkan?
  1. 250 kg/jam
  2. 300 kg/jam
  3. 4000 kg/jam
  4. 750 kg/jam

Jawaban: 750 kg/jam. Neraca gula: P = 1000·0,10/0,40 = 250 kg/jam. Lalu W = 1000 − 250 = 750 kg/jam. 250 kg/jam adalah produk, bukan air yang dikeluarkan.

4Metode ini selangkah demi selangkah

  1. Gambar kotak untuk unit dengan setiap aliran sebagai panah. Tuliskan setiap aliran dan fraksi yang diketahui di sebelahnya.
  2. Tandai yang tidak diketahui. Hitung jumlahnya: Anda memerlukan neraca bebas sebanyak itu.
  3. Tuliskan neraca total: jumlah aliran masuk = jumlah aliran keluar.
  4. Tuliskan neraca komponen untuk zat terlarut: jumlah ṁ·x masuk = jumlah ṁ·x keluar. Pakai fraksi sebagai desimal (20% = 0,20) atau sebagai persen di kedua ruas.
  5. Selesaikan. Mulailah dengan komponen penghubung jika ada.
  6. Periksa: masukkan kembali angka-angkanya ke kedua neraca.

5Contoh soal lengkap

Ikuti setiap langkah. Cobalah menebak langkah berikutnya sebelum membukanya.

Contoh soal

Aliran 1 adalah 400 kg/jam larutan garam 10%. Berapa banyak aliran 2 (garam 40%) yang harus ditambahkan setiap jam agar produk campuran mengandung garam 20%? Cari ṁ2.

1

Gambar unitnya

ṁ₁ = 400 kg/h10%ṁ₂ = ?40%ṁ₃20%

Ada dua bilangan yang tidak diketahui, ṁ2 dan ṁ3, jadi kita memerlukan dua neraca.

2

Neraca total

ṁ3 = 400 + ṁ2
3

Neraca garam

400 · 0,10 + ṁ2 · 0,40 = (400 + ṁ2) · 0,20
40 + 0,40·ṁ2 = 80 + 0,20·ṁ2
4

Selesaikan

0,20·ṁ2 = 40 ⇒ ṁ2 = 200 kg/h

Maka ṁ3 = 400 + 200 = 600 kg/jam.

5

Periksa jawabannya

Garam masuk: 40 + 200 · 0,40 = 120 kg/jam. Garam keluar: 600 · 0,20 = 120 kg/jam. Kedua neraca berlaku.

Target 20% berada di antara 10% dan 40%, sebagaimana mestinya untuk campuran.

Jawaban

Tambahkan ṁ2 = 200 kg/jam larutan 40%.

6Kesalahan umum

  • Merata-ratakan fraksi, bukan membobotnya dengan aliran.
  • Menulis hanya neraca total lalu menebak bilangan tak diketahui kedua.
  • Mencampur persen dan desimal dalam persamaan yang sama.
  • Pada evaporator, memberikan produk P ketika air yang diuapkan W yang ditanyakan, atau sebaliknya.
  • Membalik rasio komponen penghubung: P = F·xF/xP, sehingga P lebih kecil daripada F.
Tes mandiri Campurkan 100 kg/jam larutan 10% dengan 300 kg/jam larutan 30%. Berapa fraksi keluarannya?
  1. 20%
  2. 25%
  3. 33,3%
  4. 40%

Jawaban: 25%. Zat terlarut keluar = 100·0,10 + 300·0,30 = 100 kg/jam, dan 100/400 = 25%. Rata-rata biasa dari 10% dan 30% adalah 20%, yang mengabaikan bahwa aliran 30% tiga kali lebih besar.

7Seperti apa soal ujiannya

  • Mudah: dua aliran dicampur. Cari aliran keluar (neraca total) atau fraksinya (neraca komponen).
  • Sedang: pencampuran hingga fraksi target. Cari aliran kedua dengan kedua neraca, seperti pada contoh.
  • Sulit: evaporator. Pakai zat terlarut sebagai komponen penghubung untuk mencari P, lalu W = F − P.

Jalan pintas untuk pencampuran: ṁ2 = ṁ1·(x1 − x3)/(x3 − x2). Pada contoh: 400·(10 − 20)/(20 − 40) = 200 kg/jam.

Pelajari selangkah demi selangkah di aplikasiPelajari selangkah demi selangkah di aplikasi

Contoh dengan pembahasan

Contoh 1Mudah
PencampurAliran 1300 kg/h · 30% garamAliran 2250 kg/h · 40% garamAliran 3x₃ = ? %

Dua larutan garam dicampur dalam keadaan tunak. Cari fraksi massa garam di keluaran x3.

ṁ1 = 300 kg/hx1 = 30 %ṁ2 = 250 kg/hx2 = 40 %

Tentukan x3 (%)

Tampilkan petunjuk
  1. Pada keadaan tunak, yang masuk sama dengan yang keluar: tulis neraca total dan neraca untuk komponen terlarut.
  2. Total: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃. Komponen: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃.
  3. ṁ3 = 550 kg/h.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Neraca massa keadaan tunak: masuk = keluar, untuk massa total dan terpisah untuk setiap komponen (tanpa reaksi).

Neraca total

ṁ3 = ṁ1 + ṁ2 = 300 + 250 = 550 kg/h

Neraca Garam

ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
x3 = (300·30 + 250·40)/550 = 34,55 %

Jawaban

x3 = 34,55 %
Contoh 2Sedang
PencampurAliran 1850 kg/h · 50% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 15% gulaProduk40% gula

Berapa banyak aliran 2 yang harus ditambahkan tiap jam ke aliran 1 agar produk campuran mengandung 40% gula? Cari ṁ2.

ṁ1 = 850 kg/hx1 = 50 %x2 = 15 %x3 = 40 %

Tentukan ṁ2 (kg/h)

Tampilkan petunjuk
  1. Dua besaran tak diketahui (ṁ₂ dan ṁ₃) memerlukan dua neraca: total dan komponen.
  2. Substitusikan ṁ₃ = ṁ₁ + ṁ₂ ke ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃.
  3. Disusun ulang: ṁ₂ = ṁ₁(x₁ − x₃)/(x₃ − x₂).
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Neraca massa keadaan tunak: masuk = keluar untuk total dan setiap komponen. Soal pencampuran menggabungkan keduanya.

Neraca

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
gula: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 850·(50 − 40)/(40 − 15) = 340 kg/h

Jawaban

ṁ2 = 340 kg/h
Contoh 3Sulit
EvaporatorUmpan F2000 kg/h · 10% NaOHProduk P65% NaOHUap W (air murni)W = ? kg/h

Evaporator memekatkan larutan NaOH dengan menguapkan air murni. Cari air yang diuapkan W dalam kg/h.

F = 2000 kg/hxF = 10 %xP = 65 %

Tentukan W (kg/h)

Tampilkan petunjuk
  1. Uap tidak mengandung zat terlarut, jadi semua zat terlarut dalam umpan keluar bersama produk.
  2. Neraca zat terlarut: F·xF = P·xP. Lalu neraca total: F = W + P.
  3. P = 307,7 kg/h.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Komponen pengikat: komponen yang lewat tanpa berubah di satu aliran saja (di sini zat terlarut) menghubungkan laju alir secara langsung. Lalu neraca total memberi sisanya.

Neraca zat terlarut

F·xF = P·xP → P = 2000·10/65 = 307,7 kg/h

Neraca total

W = F − P = 2000 − 307,7 = 1692 kg/h

Jawaban

W = 1692 kg/h

Tanya jawab

Apa itu Neraca massa?

Massa tidak dapat muncul atau lenyap. Apa pun yang mengalir masuk ke unit proses (pencampur, tangki, evaporator) harus mengalir keluar lagi, atau tetap di dalam.

Banyak unit berjalan pada keadaan tunak: aliran tidak berubah terhadap waktu dan tidak ada yang menumpuk di dalam. Maka aturannya sederhana:

Bagaimana cara menyelesaikan soal Neraca massa langkah demi langkah?

Neraca massa keadaan tunak: masuk = keluar, untuk massa total dan terpisah untuk setiap komponen (tanpa reaksi).

Apa saja yang dilatih dalam soal Neraca massa?
  • Mudah: mencampur dua aliran
  • Sedang: mencampur ke target
  • Sulit: evaporator

Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya. Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.

Cara kerja latihan

  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Kemajuan, kesalahan, dan soal tersimpan Anda disimpan, sehingga Anda dapat mengulasnya sebelum ujian.

Topik sebelum dan sesudah ini

Lanjutkan dengan

Neraca energi

Mata kuliah dengan topik ini

Neraca Massa dan EnergiTeknik Reaksi KimiaLatihan ujian FE Chemical

Topik lain di Kimia

Neraca energiHukum gas idealKinetika reaksiPerancangan ukuran reaktor (CSTR & PFR)Penukar panas (LMTD)

Lembar kerja yang dapat dicetak

Lembar kerja Neraca massa dengan jawaban
Berlatih Neraca massa secara gratisBerlatih Neraca massa sekarang5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.